宇(yǔ)宙是(shì)“人为制(zhì)造(zào)”的？为何会存在科学无法解(jiě)释的“暗物质(zhì)”？暗物质又究竟是(shì)什么(me)？人(rén)类为了寻找暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却(què)没有发现任(rèn)何的(de)有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年出版(bǎn)的(de)自(zì)然哲(zhé)学数学原(yuán)理(lǐ)一书中，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律(lǜ)，它揭(jiē)示了宇宙中(zhōng)天(tiān)体(tǐ)运动的(de)规律(lǜ)。往后的几百(bǎi)年来，当天文学(xué)家们(men)发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符合(hé)万有引力定律的时候(hòu)，他们就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄动它(tā)的轨道。比如在1846年(nián)，奥本(běn)勒维耶就通过天王星(xīng)运行(xíng)轨(guǐ)道的异常，推算并且发(fā)现了(le)海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有(yǒu)引力(lì)定律(lǜ)所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发(fā)现(xiàn)都是在恒星系统的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上(shàng)升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞士(shì)的(de)物理学家弗里茨兹(zī)威基正在研究和(hé)测量后发星系(xì)团(tuán)的(de)质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些星系被引(yǐn)力(lì)束(shù)缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的质量一般会使用到两种方法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可以(yǐ)确定其质量的范围。

第(dì)一种是获得其"光度学的质量"，需要的(de)数据是(shì)测量各个星系(xì)的(de)光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量星(xīng)系团中(zhōng)的(de)各个星系相(xiāng)对于星系团(tuán)的运动速度。当(dāng)测量(liàng)结果出来之后，兹(zī)威基彻底(dǐ)懵了，“动力学质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量”的(de)400倍。这意味着，后发座星系团有(yǒu)99%的质量消(xiāo)失(shī)了(le)，或者说(shuō)这99%的质量并不以(yǐ)可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异的是，在测量(liàng)速度(dù)的过程中(zhōng)，兹威基发现(xiàn)星系团中很多星系的速度比理论上(shàng)要快(kuài)得多(duō)，按照牛顿(dùn)的运动学定律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束缚在星(xīng)系团内的，它们早就应该被抛出星系团之外了，除非有(yǒu)一种神秘的力量在起作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这样(yàng)部分不可见的暗质(zhì)，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇宙中绝(jué)大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的人们对这样的一种说法(fǎ)不屑一(yī)顾。

直(zhí)到40年(nián)之后，“暗物质”这个词才再(zài)一次出现。天(tiān)文学家维(wéi)拉鲁宾和肯(kěn)特福特(tè)在观(guān)测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星运动。理论(lùn)上来说(shuō)，距离中心越(yuè)远的恒星在(zài)其轨(guǐ)道上(shàng)的运行(xíng)速度(dù)就(jiù)会越慢。但是(shì)他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与(yǔ)中心距离的增加，恒星的旋转速度(dù)几乎(hū)保持不变。可是根据牛(niú)顿的(de)万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星(xīng)早就被甩到宇宙(zhòu)当中(zhōng)了。基(jī)于这种现(xiàn)象，科学家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准的方法来解(jiě)释(shì)暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中(zhōng)气体在X轴上距(jù)离星系中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋(xuán)转速度。如(rú)果(guǒ)出(chū)现异(yì)常的结(jié)果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过(guò)射(shè)电望远(yuǎn)镜测(cè)量了(le)距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它们的旋转速(sù)度并不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我(wǒ)们的太阳(yáng)系也不(bù)例外，太阳系位于(yú)银(yín)河系的(de)第三(sān)悬臂之上，距离银(yín)河系(xì)中心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行计(jì)算(suàn)，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳系正在(zài)以220千米/秒的(de)速(sù)度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际(jì)速(sù)度远远(yuǎn)大(dà)于理论速(sù)度，那么产生(shēng)以上(shàng)这种向心加速(sù)度(dù)的(de)原因(yīn)很可能就是存在(zài)着(zhe)一种我(wǒ)们看不到(dào)的(de)物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应将星系(xì)聚集在了一起。

也(yě)是(shì)从这(zhè)时开始，越来越多的研究人(rén)员开始相信暗物质的(de)存在。科学家根据(jù)星系(xì)外(wài)恒星轨道(dào)的(de)速度(dù)，估算在星系(xì)当中暗物质的质量占(zhàn)整个(gè)星系质量(liàng)的85%。但是，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释这个(gè)现象的原因。在一项新的(de)研究当中，科学家们(men)发现，几乎没有(yǒu)引力效应的遥远恒星之间，也(yě)会(huì)出现(xiàn)速度(dù)上的微小差异(yì)。另(lìng)外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地(dì)球(qiú)大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的恒(héng)星数量却只有(yǒu)银河系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须存在暗物(wù)质，否(fǒu)则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最先进的望远(yuǎn)镜对(duì)其(qí)进行(xíng)了(le)40个小时的详细测量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星运动是(shì)可以(yǐ)用正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提出，也许(xǔ)该(gāi)星(xīng)系的暗物质，已经被附近的另一个(gè)大星系剥离(lí)了(le)。奇怪的是，它的(de)附近没有任何星系(xì)存在。造成这(zhè)些现象(xiàng)的除了暗物(wù)质的(de)假说之(zhī)外，另一(yī)种(zhǒng)可(kě)能就是人类对(duì)引(yǐn)力的理(lǐ)解(jiě)还不够全(quán)面，引力很可能在不(bù)同尺度空(kōng)间中(zhōng)的(de)工作方(fāng)式(shì)是(shì)不同的，这意(yì)味着在行星系尺度(dù)中的天体会(huì)沿(yán)着(zhe)它们(men)的轨道，按照我们所理解的方(fāng)式运(yùn)动。但是上升(shēng)到星系和星团(tuán)的尺度(dù)，引力(lì)之间的相互作(zuò)用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团(tuán)之间的相互作用，科学(xué)家(jiā)还引入了外(wài)部场效应的概(gài)念，指的(de)是在(zài)数百万光年的(de)规模上，巨大的(de)质(zhì)量之间会产生(shēng)对彼此(cǐ)特殊(shū)的效(xiào)果，这个(gè)理论叫做(zuò)MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理定律进(jìn)行修正(zhèng)，这些发现(xiàn)也让(ràng)很(hěn)多(duō)人认为暗物质假说理论就此终(zhōng)结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他(tā)的(de)理论证(zhèng)据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所没(méi)法解释(shì)的“引力透(tòu)镜”。

径向距离为(wèi)37亿光(guāng)年的子弹星系团，由(yóu)两个碰撞的(de)星系团所组(zǔ)成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们大部分的普通质(zhì)量都在星系的气体当中。当星团以(yǐ)1000万公(gōng)里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际气体的(de)相互作(zuò)用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速(sù)度(dù)大幅降低。所以在理论上，在碰撞之(zhī)后，子弹星(xīng)系(xì)团大部(bù)分的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体(tǐ)所在的中(zhōng)间区域。那么我们通过什么来验证它的(de)质(zhì)量区(qū)域到(dào)底是不是集(jí)中在中间(jiān)呢？前不久，詹(zhān)姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远(yuǎn)镜传回(huí)了宇(yǔ)宙当中第一张全彩(cǎi)的(de)高清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显(xiǎn)地看(kàn)到(dào)很(hěn)多星系似乎被拉(lā)伸产生了巨(jù)大的(de)形变。其(qí)实这些星系本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了，也不(bù)是韦伯望远(yuǎn)镜出(chū)了什么问题，而是这样(yàng)极遥(yáo)远(yuǎn)的天体和我(wǒ)们地球上的观测者之间。被一个质量超(chāo)级(jí)巨大的(de)天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使(shǐ)身后更遥(yáo)远星系的光都(dōu)发生了(le)扭曲。这个现象(xiàng)就(jiù)是引力透(tòu)镜效应。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹星系团观(guān)测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所以最好的解(jiě)释方(fāng)法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观测到(dào)的(de)质(zhì)量气体(tǐ)被卡在了中间，暗物质则直接通过了(le)这个区(qū)域，并在两边形成(chéng)了引(yǐn)力透镜。对子弹星系团(tuán)的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质(zhì)存(cún)在的迄今为止最好的理(lǐ)论证据。

除此之外，还有(yǒu)来(lái)自宇宙当中(zhōng)最(zuì)古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可以畅通无阻地穿越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年(nián)之(zhī)后(hòu)，这些光在宇宙(zhòu)空间(jiān)背景上留(liú)下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色的部分(fēn)表示(shì)温度较高的区(qū)域(yù)，蓝色(sè)则表示相对较冷的区(qū)域(yù)，但实际上它们之间的温差(chà)只(zhǐ)有万(wàn)分之(zhī)一。

科学(xué)家们(men)通过对前景(jǐng)背景分(fēn)离(lí)后的二值图(tú)像进行连(lián)通域提取和标(biāo)记之后发(fā)现，如果宇(yǔ)宙当中没有(yǒu)暗物质(zhì)，图形(xíng)看(kàn)起来不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇(yǔ53231323是什么意思？ 53231323可以弹哪些歌)宙微波背(bèi)景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗(àn)物质大约是普通物质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与解释(shì)星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需要的暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就意(yì)味着。

用了(le)一(yī)个简单的理论框架，就很好地解释了(le)很多不同的(de)观(guān)测(cè)结果。而暗物(wù)质的本质就是(shì)宇宙当(dāng)中存在着(zhe)某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只通(tōng)过引(yǐn)力来(lái)相(xiāng)互作(zuò)用。所以如果能(néng)够(gòu)找到这种粒子(zi)的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是什么？科(kē)学(xué)家们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻(xún)找(zhǎo)这些不同的(de)目标(biāo)粒子所需要的实验方式也不相同。在过去的几十(shí)年当中，人类为了寻找这些(xiē)看(kàn)不见、摸不到(dào)，几乎(hū)不会与常规物质相互作用的“暗(àn)物质”，科学(xué)家们已经进行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有任何实质性(xìng)的发现，除了一个地方(fāng)，意大利的(de)格兰萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的地下矿井(jǐng)当中，藏着(zhe)地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探测(cè)器，一(yī)直致力于寻找暗(àn)物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测到了某(mǒu)种(zhǒng)信号。经(jīng)过了20多年(nián)的(de)数据收(shōu)集，人(rén)们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率(lǜ)会在(zài)每年的6月份达到(dào)峰值，然后在(zài)11月降到最低，而(ér)且在20年(nián)当中每年都是一样。一些科学家认为这可能是人类(lèi)发现暗物质(zhì)的第(dì)一个直接证据。

但是为什(shén)么暗物(wù)质会产生周期性的年度信号(hào)呢(ne)？刚(gāng)才我们(men)讲了太阳系正(zhèng)在以220公(gōng)里(lǐ)/秒的速(sù)度(dù)围(wéi)绕(rào)着银(yí53231323是什么意思？ 53231323可以弹哪些歌n)河系进行(xíng)移动，那么(me)如(rú)果暗(àn)物质存在宇宙当中(zhōng)，这意味着(zhe)我们也在以(yǐ)这样的速度(dù)在穿越着暗物质流，这个过程中会产生相应的(de)振(zhèn)荡，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里(lǐ)/秒的(de)速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时间，地(dì)球围绕太阳的方向与(yǔ)太阳环绕银(yín)河系(xì)的(de)方向(xiàng)是一致的，而另外半年则(zé)与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份(fèn)的时(shí)候，地球(qiú)与(yǔ)太阳的方向正好达(dá)到完(wán)全一(yī)致(zhì)，这是理论(lùn)上地球穿(chuān)越暗物(wù)质流最快的(de)时(shí)段(duàn)。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值(zhí)。尽管在实(shí)际的情况中(zhōng)，太阳系相对银河系(xì)的平面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并(bìng)不影响这(zhè)个(gè)理(lǐ)论的有(yǒu)效性(xìng)。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这(zhè)可以用来(lái)解释(shì)，研究(jiū)人员(yuán)们(men)所观测到的周期性信号(hào)。当然也可能有其他的(de)情(qíng)况，造成这种年度周期信号(hào)的(de)差异也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤(rǎng)中的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚(shèn)至(zhì)连(lián)意大利游客的(de)数量也符合这(zhè)个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学(xué)家们(men)又在南(nán)半球建立了一个几乎(hū)相同(tóng)的实验(yàn)室，这里的季节与(yǔ)之前的实(shí)验室(shì)正好相反，而在这里(lǐ)，地球穿过(guò)暗物质流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此，如果在这里可以得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的证据了。但(dàn)是由于这(zhè)个实验室(shì)刚(gāng)刚建成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无(wú)法提供(gōng)相(xiāng)应(yīng)的(de)数据(jù)支持(chí)。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台(tái)太(tài)空(kōng)望远镜叫做“南希格(gé)雷(léi)斯(sī)罗曼”，它的主镜大小跟哈勃(bó)望远(yuǎn)镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪器(qì)提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希格雷斯罗曼太空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物(wù)质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只(zhǐ)能(néng)拭(shì)目以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天体物理中心的科(kē)学家丹琥珀和贾(jiǎ)森斯特芬研究发(fā)现，如(rú53231323是什么意思？ 53231323可以弹哪些歌)果(guǒ)暗物(wù)质存(cún)在，它们(men)极有可(kě)能拥(yōng)有另一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应(yīng)，会支(zhī)持宇宙当(dāng)中(zhōng)生命的诞生，或者说是生命进(jìn)化的一个重要因(yīn)素。

如果这一理(lǐ)论得到进(jìn)一步的证实，那么遍布宇宙当中(zhōng)的(de)暗(àn)物质会(huì)不会意味着人类并不孤单呢？或许在宇(yǔ)宙当中某个角落的行(xíng)星(xīng)上，暗物质正在(zài)通过这样的效应创造生命。当然，这些推论的大前提(tí)是要先找到暗物质(zhì)存在的实际证据(jù)。那么(me)小伙伴们(men)，你(nǐ)们觉得暗(àn)物质到底存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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